針對(duì)電磁超聲特征信號(hào)的非線性、非平穩(wěn)特性,存在傳統(tǒng)降噪丟失成分、特征難以提取的問題,該文提出一種用于電磁超聲信號(hào)的自適應(yīng)濾波和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）方法相融合的數(shù)據(jù)處理算法。首先,對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估,在此基礎(chǔ)上采用自適應(yīng)濾波對(duì)電磁超聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理,融入EMD的自適應(yīng)濾波對(duì)特有頻率噪聲更敏感,利用EMD分解出不同時(shí)間尺度下波動(dòng)時(shí)頻信息及所包含的噪聲頻率成分,實(shí)現(xiàn)表征提取;然后,對(duì)EMD降噪后的超聲信號(hào)進(jìn)行重構(gòu),可消除頻率混疊現(xiàn)象,并基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁超聲信號(hào)的實(shí)時(shí)降噪和特征提取,為進(jìn)一步缺陷識(shí)別、缺陷評(píng)估便攜化奠定了基礎(chǔ)。最后,分別對(duì)帶有微裂紋、塑性損傷的鋁板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了該方法的有效性。該方法具有信噪比高、可實(shí)時(shí)提取時(shí)頻信息和有效信息丟失少等特點(diǎn),能對(duì)鋁板中缺陷進(jìn)行有效識(shí)別。 

【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2020,35(13)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

自適應(yīng)處理算法模型Fig.1Adaptiveprocessingalgorithmmodelschematic

2874電工技術(shù)學(xué)報(bào)2020年7月編寫，將該算法綜合成可用于FPGA的功能模塊，利用片上硬件邏輯資源實(shí)現(xiàn)算法功能，采用QuartusII編寫頂層程序，對(duì)于算法模塊進(jìn)行端口聲明并進(jìn)行模塊與數(shù)據(jù)端口連接操作，最終將程序編譯、布局布線、配置到FPGA中，圖3所示為FPGA程序編譯后的RTL級(jí)功能電路圖。圖3RTL級(jí)功能電路Fig.3RTLlevelfunctioncircuitdiagram3實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析3.1電磁超聲對(duì)裂紋缺陷檢測(cè)為了驗(yàn)證本算法的性能，對(duì)帶有裂紋的薄鋁板進(jìn)行缺陷檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)鋁板尺寸為600mm×60mm×1mm，裂紋在鋁板正中位置，裂紋尺寸為30mm×0.5mm×1mm。基于FPGA蘭姆波的無損檢測(cè)系統(tǒng)如圖4所示，采用一發(fā)一收電磁超聲換能器（ElectromagneticAcousticTransducer,EMAT）在鋁板中激發(fā)和接收蘭姆波。激發(fā)探頭距離左端面邊界50mm，接收探頭距離左端面邊界150mm，裂紋距離左端面邊界300mm，激發(fā)探頭和接收探頭采用雙層三分裂五匝線圈結(jié)構(gòu)與方形磁鐵結(jié)構(gòu)相結(jié)合，均為1MHz的寬帶頻率探圖4基于FPGA的蘭姆波檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.4PhysicalmapofLambwavedetectionsystembasedonFPGA頭。通過低噪放大電路和10MHz的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集原始數(shù)據(jù)，輸送給帶有SOC的硬件設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)行本文所提出的自適應(yīng)算法，進(jìn)行自適應(yīng)降噪、時(shí)頻特征提娶波包到達(dá)時(shí)刻提取等。為驗(yàn)證自適應(yīng)算法的降噪效果，采集處理后數(shù)據(jù)和傳入數(shù)據(jù)處理模塊前的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。圖5a為輸入超聲信號(hào)，只是把接收換能器采集到的初始信號(hào)經(jīng)過前置放大器后將微弱信號(hào)放大，特征信號(hào)波包被噪聲湮沒，難以辨別；圖5b為自適應(yīng)算法狀態(tài)1采集到的實(shí)驗(yàn)波形，μ相對(duì)較大，估?

現(xiàn)算法功能，采用QuartusII編寫頂層程序，對(duì)于算法模塊進(jìn)行端口聲明并進(jìn)行模塊與數(shù)據(jù)端口連接操作，最終將程序編譯、布局布線、配置到FPGA中，圖3所示為FPGA程序編譯后的RTL級(jí)功能電路圖。圖3RTL級(jí)功能電路Fig.3RTLlevelfunctioncircuitdiagram3實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析3.1電磁超聲對(duì)裂紋缺陷檢測(cè)為了驗(yàn)證本算法的性能，對(duì)帶有裂紋的薄鋁板進(jìn)行缺陷檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)鋁板尺寸為600mm×60mm×1mm，裂紋在鋁板正中位置，裂紋尺寸為30mm×0.5mm×1mm�；贔PGA蘭姆波的無損檢測(cè)系統(tǒng)如圖4所示，采用一發(fā)一收電磁超聲換能器（ElectromagneticAcousticTransducer,EMAT）在鋁板中激發(fā)和接收蘭姆波。激發(fā)探頭距離左端面邊界50mm，接收探頭距離左端面邊界150mm，裂紋距離左端面邊界300mm，激發(fā)探頭和接收探頭采用雙層三分裂五匝線圈結(jié)構(gòu)與方形磁鐵結(jié)構(gòu)相結(jié)合，均為1MHz的寬帶頻率探圖4基于FPGA的蘭姆波檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.4PhysicalmapofLambwavedetectionsystembasedonFPGA頭。通過低噪放大電路和10MHz的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集原始數(shù)據(jù)，輸送給帶有SOC的硬件設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)行本文所提出的自適應(yīng)算法，進(jìn)行自適應(yīng)降噪、時(shí)頻特征提娶波包到達(dá)時(shí)刻提取等。為驗(yàn)證自適應(yīng)算法的降噪效果，采集處理后數(shù)據(jù)和傳入數(shù)據(jù)處理模塊前的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。圖5a為輸入超聲信號(hào)，只是把接收換能器采集到的初始信號(hào)經(jīng)過前置放大器后將微弱信號(hào)放大，特征信號(hào)波包被噪聲湮沒，難以辨別；圖5b為自適應(yīng)算法狀態(tài)1采集到的實(shí)驗(yàn)波形，μ相對(duì)較大，估計(jì)誤差為0.05；圖5c為濾除雜波后獲得的信號(hào)，且估計(jì)誤差為0.025時(shí)采集到的波形，降噪后的特?

【參考文獻(xiàn)】：
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